Сети напряжением до 1 кВ в нашей стране в подавляющем большинстве случаев выполняются в режиме глухозаземленной нейтрали. Это означает, что нейтральная точка вторичной обмотки трансформатора на подстанции накоротко соединяется с заземляющим устройством.
Таким образом, между любой фазой в сети 0,4 кВ и землей всегда имеется напряжение, получившее название «фазного» и имеющее величину 220 вольт. Но в некоторых случаях используются сети 0,4 кВ с изолированной нейтралью (система IT).
Такое может быть, например, если вторичные обмотки трансформатора соединяются в «треугольник» и нейтральная точка просто отсутствует. Или, предположим, по каким-то причинам недопустимо аварийное отключение сети, связанное с коротким замыканием на землю.
Из-за того, что электрическое соединение между проводниками сети и землей в сетях IT отсутствует, то однофазное замыкание на землю уже нельзя назвать «коротким». Однако нельзя и считать, что ток утечки при таком замыкании будет отсутствовать вовсе.
Дело в том, что изоляция жил питающего кабеля не является абсолютным диэлектриком. То же самое можно сказать и обо всех изоляторах, имеющихся в сети, а также о прочих изоляционных материалах.
Все они имеют какую-то минимальную проводимость, поэтому ток утечки через них имеется всегда. И он тем больше, чем больше протяженность линии. Кроме того, каждую жилу питающего кабеля можно представить как одну из обкладок конденсатора.
Второй обкладкой является земля, а диэлектрик – это слой изоляции и воздушный слой между кабелем и ближайшими токоведущими частями, не находящимися под напряжением. Емкость такого конденсатора будет тем больше, а сопротивление цепи утечки – тем меньше, чем более протяженной является линия.
С учетом сопротивления изоляции и удельной электроемкости сеть с изолированной нейтралью можно представить в виде цепи замещения, как показано на рисунке. Каждая фаза соединена с землей посредством параллельно включенного конденсатора и резистора.
Благодаря этим элементам цепи замещения при однофазном замыкании на землю в сети возникает ток утечки по цепи: «пострадавшая фаза - земля - элементы цепи замещения - исправные фазы». Практически при любых условиях в сетях с изолированной нейтралью 0,4 кВ этот ток невелик и может исчисляться миллиамперами.
Несмотря на то, что ток однофазного замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью относительно мал, а сеть после его возникновения по-прежнему может работать, такое замыкание ведет к аварийному режиму работы сети.
Необходимо учитывать, что в подобных сетях при однофазном замыкании на землю резко возрастает напряжение между исправными фазами и землей. Фактически это напряжение становится равно линейному – 380 вольт. Это чревато поражением электрическим током для электротехнического и электротехнологического персонала.
А, кроме того, однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью способствует пробою изоляции и возникновению замыкания на землю уже в двух других фазах.
По сути, возникает вероятность короткого межфазного замыкания с характерными сверхтоками, для защиты от которых потребуются автоматические выключатели или плавкие вставки.
Вместе с тем малая величина тока однофазного замыкания на землю в сетях IT становится причиной того, что определить такое замыкание и отключить его при помощи автоматов или предохранителей просто невозможно – необходима дополнительная релейная аппаратура, сигнализирующая об аварии.
Таким образом, сети IT требуют большего количества аппаратов защиты и сигнализации, а к персоналу, обслуживающему такие сети, можно предъявлять повышенные требования по квалификации.